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研究人员3D打印可调铁电超材料

老三的人
2020-10-27 13:36:26

从研究人员布法罗大学(UB)已经开发了3D的独特方法印刷的铁电材料,那就是可以有自己的偏振材料通过使用电场切换。在《美国国家科学院院刊》上发表的论文“3D打印的分子铁电超材料”中,这项研究为超材料和电子设备带来了有趣的可能性。

 

在进入论文本身之前,我们需要铁电学一些背景知识。就像某些材料是天然铁磁材料并具有磁性一样,其他材料也是铁电材料,这意味着它们具有极化作用。它们是热电和压电的。尽管大多数铁电材料都不含铁,但尽管前缀为“ ferro”,但其电极化的大小和方向仍可以根据温度,压力或电场的变化而改变。

 

这使它们成为特定电子或生物医学应用的理想选择,例如随机存取存储器,超声成像,数据存储,显示器等。

3D打印

具有铁电特性的3D打印结构。

 

在UB研究中,研究团队采用了高氯咪唑(ImClO4),“一种具有优异的机电耦合和可重新编程的刚度的透明分子铁电体”。由于该材料是水溶性和透明的,因此适合进行数字光处理(DLP)和立体光刻(SLA)3D打印。材料的低衍射指数使UV光可以穿透材料而不会发生光散射。

 

因此,该团队将ImClO4粉末与对紫外线敏感的树脂和Anycubic的DLP 3D打印机混合在一起。一旦在混合物上印刷了复杂的晶格结构,该零件就会脱水,使其保持其形状。而且,由于材料的“可重新编程的刚度”特性,该团队能够通过将损坏的部分溶解在ImClO4溶液中来记录打印对象执行的裂缝的自修复。

 

研究人员证明,印刷材料的铁电性能接近于未印刷的ImClO4,其极化对电场的响应适当,介电性能对温度的变化响应。此外,与允许降解的ImClO4部件相比,自修复3D打印部件能够恢复其铁电性能。

 

制造具有铁电特性的零件通常要花费几个小时,而UB团队由于连续DLP工艺的速度而能够在短短几分钟内完成零件的制造。UB工程与应用科学学院机械与航空航天工程系教授,首席作者任申强博士说:“研究是铁电超材料的极限。”

 

这项研究部分由美国陆军研究办公室(ARO)资助,该办公室发现飞机隔音,减震器和弹性披风的潜在应用。

 

ARO项目经理Evan Runnerstrom博士详细说明:“ ARO资助Ren教授的项目的原因之一是分子铁电适合于自下而上的加工方法(如3D打印),否则将很难与传统的陶瓷铁电一起使用。这为用于减振或可重新配置电子设备的可调谐超材料铺平了道路,这将使未来的陆军平台能够适应不断变化的条件。”

 

这只是用3D打印开发的超材料的最新示例之一。一些研究针对对环境做出反应的软机器人。其他人则采用了纳米尺度的几何形状来影响物体在宏观尺度上的行为。以上所有这些可能会使未来的3D打印几乎无法从我们今天的理解中识别出来。

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